«Чистые» грузовики: обзор аккумуляторных батарей, водорода, синтетического топлива и многое другое

Новые правила топливной эффективности ЕС вынуждают производителей грузовиков участвовать в гонке, чтобы вывести свои автомобили с низким уровнем выбросов на дороги. С 2025 года вновь зарегистрированные грузовики должны иметь на 15% более низкие выбросы, а с 2030 года — на 30%. Аккумуляторные электрические трансмиссии, скорее всего, будут доминировать, чему способствует их эволюция благодаря гарантированному прогрессу и зарядной инфраструктуре электромобилей. Водородные топливные элементы и синтетические виды топлива также находятся в игре, хотя им и мешают неизбежные потери энергии при создании этих видов топлива. Опробуются также системы контактной сети (воздушные силовые кабели). Серен Амеланг в компании Clean Energy Wire внимательно изучает технологии, производителей грузовиков, препятствия и тенденции, происходящие в Европе. Он отмечает, что эти изменения обусловлены политикой на уровне ЕС, национальном, региональном и корпоративном уровнях. Амеланг цитирует экспертов, которые говорят, что независимо от того, какая технология доминирует, потребуется множество решений для решения разнообразных проблем, с которыми сталкиваются автомобильные грузоперевозки. Он не забывает напомнить нам, что есть и не двигательные решения: перевод грузов на железнодорожный транспорт, умная логистика (вы знали, что 30 процентов грузовиков пустые?!), «умное» вождение, базовая конструкция грузовика.  Разумно, учитывая, что постепенный отказ от существующих в ЕС 4,3-метровых грузовиков с ДВС займет еще по меньшей мере десятилетие.

В то время как на наших дорогах все чаще появляются электромобили и скутеры, низкоэмиссионные грузовики всё еще отсутствуют. Но это вот-вот изменится, поскольку новые климатические цели заставят резко сократить выбросы в тяжелом транспорте. Индустрия грузовых автомобилей осознала эту проблему и изо всех сил пытается представить модели с нулевым уровнем выбросов.

Быстро растет число свидетельств того, что многие грузовики также будут работать на батареях в долгосрочной перспективе, в то время как топливные элементы, контактные сети и синтетическое топливо остаются в гонке.

Но одной лишь опоры на новые двигательные технологии будет недостаточно, чтобы очистить сектор в краткосрочной перспективе. Загрязняющие окружающую среду грузовики останутся здесь на долгие годы, заставляя обратить внимание на альтернативные способы сокращения выбросов, такие как использование интеллектуальной логистики для снижения числа ненужных поездок, транспортировка большего количества грузов по рельсам или повышение топливной эффективности за счет модернизации грузовиков.

Грузовики являются безусловным аутсайдером в глобальной гонке, чтобы сделать автомобильный транспорт более климатически благоприятным. Но более амбициозная политика правительств по сокращению выбросов теперь заставит большегрузные перевозки быстро ускорить усилия, направленные на то, чтобы стать более устойчивыми. Последние достижения в области научных исследований и разработок сделали доступными необходимые технологии, сделав этот сдвиг в пределах досягаемости.

Грузовые автомобили и автобусы: 6% выбросов ЕС

В секторе есть своя работа. Транспорт обеспечивает почти четверть всего объема производства CO2 в ЕС, и это единственный сектор, в котором вообще не происходит значительного сокращения выбросов. Грузовики и автобусы производят около четверти этих транспортных выбросов, что уже составляет около шести процентов от общего объема производства парниковых газов в ЕС. Их доля будет расти и дальше, поскольку дорожные перевозки быстро растут в количестве, а автомобили становятся чище по мере того, как их электрификация набирает обороты.

Новые правила топливной эффективности ЕС

Как следствие, тема низкоэмиссионных грузовых перевозок выдвинулась на повестку дня. В Европе новые правила топливной эффективности ЕС для грузовых автомобилей впервые предписывают резкое сокращение выбросов и призваны спровоцировать трансформацию в этом секторе, сродни той, что встряхивает автомобильную промышленность.

«Новый регламент ЕС по выбросам тяжелых транспортных средств наконец-то дал старт декарбонизации грузовых автомобилей. Это вызвало гонку среди производителей грузовиков, чтобы подготовить автомобили с низким уровнем выбросов к рынку», — говорит исследователь мобильности Флориан Хакер из немецкого аналитического центра устойчивого развития Oeko-Institut.

Правила ЕС, принятые в 2019 году, гласят, что с 2025 года вновь зарегистрированные грузовики должны иметь на 15 процентов более низкие выбросы, а с 2030 года — на 30 процентов. 

«Цель 2025 года может быть достигнута с использованием технологий, которые уже доступны на рынке», — заявили в ЕС, намекая на возможности сделать обычные грузовики более эффективными.

Но достижение цели 2030 года потребует гораздо более глубокого перехода к альтернативным двигательным технологиям, считают эксперты. 

«Регулирование CO2 2030 года эффективно решило судьбу двигателя внутреннего сгорания», — говорит Хакер.

Новые двигательные технологии

Всего лишь несколько лет назад многие эксперты серьезно сомневались в технической осуществимости быстрого и глубокого сокращения выбросов, которое предстоит осуществить в настоящее время. Но при этом появляется целый спектр технологий для очистки грузовых автомобилей: аккумуляторно-электрические трансмиссии, водородные топливные элементы, цепные системы и синтетические виды топлива, производимые с использованием зеленого электричества.

Это событие вызвало шквал исследований. 

«Резко возросло число опубликованных докладов о способах декарбонизации автомобильного грузового сектора – это очень популярная тема», — говорит Алан Маккиннон, профессор Университета логистики Кюне в Гамбурге.

Он указывает на целый ряд последних публикаций Международного энергетического агентства (МЭА), международного транспортного форума ОЭСР, некоммерческого центра Smart Freight и НПО по вопросам чистой мобильности, таких как Transport & Environment и Международный совет по чистому транспорту (ICCT).

Батареи в качестве лидера

Недавнее распространение электроприводов с батарейным питанием на более тяжелые транспортные средства, в частности, вселило оптимизм в отношении того, что переход к чистым дорожным перевозкам стал осуществимым. Более легкие коммерческие автомобили уже вступили в переходный период в большом количестве. Например, Amazon в прошлом году заказал 100 000 электрических фургонов доставки от Rivian, Мичиганского стартапа, основанного выпускником Массачусетского технологического института Робертом «RJ» Скаринджем в 2009 году, в стремлении сделать парк компании полностью работающим на возобновляемых источниках энергии к 2030 году. Для своего европейского парка доставки интернет-ритейлер заказал 1800 электрических фургонов от Mercedes Benz.

Всего несколько лет назад тяжелые дальнемагистральные грузовики, работающие на батареях, считались несбыточной мечтой из-за больших ограничений веса батарей. Но благодаря совершенствованию технологий они также начинают становиться доступными. Вторя переходу в автомобилестроении, Tesla лидирует со своим полуэлектрическим грузовиком, который знаменует собой явный отход от традиционных конструкций грузовиков. Калифорнийская компания планирует начать массовое производство автомобиля в 2021 году и уже получила несколько крупных заказов – Walmart Canada, Pepsi и UPS заказали по меньшей мере 100 полуфабрикатов.

Как и в случае с автомобильной промышленностью, устоявшиеся производители грузовиков начали предлагать электрические версии своих существующих обычных моделей. Шведская дочерняя компания Volkswagen Scania запустила полностью электрические грузовики, предназначенные для городского распределения, «стремясь к долгосрочной электрификации», говорит генеральный директор Scania Хенрик Хенрикссон. 

«Через несколько лет мы также введем электромобили для дальних перевозок, которые предназначены для быстрой зарядки в обязательные 45-минутные периоды отдыха водителей», — добавил он. 

Конкурент Volvo также заявил в ноябре, что в этом году он запустит полный спектр аккумуляторных электрических грузовиков.

Эти предложения показывают, что снижение выбросов в автомобильных перевозках уже превратилось в конкурентный вопрос для производителей грузовиков. 

«Производители знают, что они должны быть настороже, если они хотят играть определенную роль на будущих мировых рынках», — говорит Хакер, который находится в тесном контакте с этой отраслью.

Электрические грузовики Volvo
Клиенты грузовиков не склонны к риску

Поначалу будет непросто найти покупателей для новых электромобилей, поскольку индустрия грузоперевозок работает с низкой маржой и имеет репутацию компании, не склонной к риску. Отраслевые эксперты видят в этом препятствие на первых этапах перехода к автомобилям с низким уровнем выбросов.

«В целом в транспортной отрасли все еще существует довольно глубокий скептицизм относительно того, действительно ли эта технология работает», — сказал аналитик Morgan Stanley transportation Рави Шанкер.

Продажа государственному сектору оказывается проще

Государственные закупки в настоящее время лидируют в очистке тяжелых транспортных средств, поскольку государственные органы, например, вкладывают значительные средства в электрические автобусы по всему миру. Количество электронных автобусов выросло примерно до 4000 в Европе – по сравнению с примерно 400 000 в Китае. В рамках крупнейшего заказа на чисто электрические автобусы за пределами Китая Китайский автопроизводитель BYD выиграл контракт в начале 2021 года на поставку 1002 электрических моделей с батареями в столицу Колумбии Боготу.

Один из 123 берлинских электрических автобусов польского производителя Solaris
Электрические грузовики дешевле в эксплуатации, чем обычные грузовики

Но акцент транспортной отрасли на низких затратах может сильно помочь переходу на более позднем этапе, учитывая, что электрические грузовики очень дешевы в эксплуатации благодаря сравнительно более низким затратам на энергию и техническое обслуживание, по мнению эксперта по устойчивым транспортным средствам Ауке Хукстра, исследователя из Технологического университета Эйндховена.

«Я думаю, что в течение пяти лет у нас будут 40-тонные аккумуляторные полуприцепы с дальностью действия 800 км, которые смогут перевозить больше грузов, чем обычные грузовики», — говорит Хукстра.

 Он добавил, что ограниченная потребность в больших дальностях движения, простые и дешевые решения для зарядки и отсутствие весовых недостатков в полностью переработанных грузовых автомобилях «скоро сформируют убедительное бизнес-обоснование для аккумуляторных электрических грузовиков в расчетах грузовых компаний».

Хукстра предвидит, что появление электромобилей на дорогах в ближайшие годы значительно ускорит переход внутри дальнобойщиков. 

«Внезапно все те люди, которые говорят: «Это невозможно сделать» в грузовых компаниях, услышат, как их босс отвечает: «Ну, наш конкурент может это сделать – так что вам тоже придется это сделать», — сказал он.

Горячо оспаривается: водородные топливные элементы

Некоторые производители грузовиков также продолжают делать ставку на топливные элементы вместо батарей для питания электродвигателей своих автомобилей. Топливные элементы обладают некоторыми очевидными преимуществами, такими как более быстрое время заправки и большая дальность, но все равно потребуется несколько лет, чтобы вывести их на рынок.

В ноябре Volvo и Daimler Truck подписали обязательное соглашение о создании совместного предприятия по разработке, производству и коммерциализации систем топливных элементов для использования в тяжелых грузовых автомобилях. 

«Амбиции обоих партнеров состоят в том, чтобы сделать новую компанию ведущим мировым производителем топливных элементов и тем самым помочь миру сделать важный шаг к климатически нейтральному и устойчивому транспорту к 2050 году», — говорят в Daimler.

Прототип грузовика на топливных элементах Daimler

Но все большее число экспертов высказывают сомнения в том, что топливные элементы будут жизнеспособной основной альтернативой батареям по двум основным причинам. Во-первых, они утверждают, что тенденция к батарейным электроприводам уже стала самоподкрепляющейся. Огромные суммы денег текут в исследования аккумуляторов для автомобилей, увеличивая шансы на то, что технология будет быстро совершенствоваться дальше и станет дешевле, что делает ее все более трудной для топливных элементов, чтобы догнать.

Второй существенный недостаток заключается в том, что электромобили на батареях по своей природе более энергоэффективны, чем топливные элементы. Из-за конверсионных потерь при производстве и использовании водорода для питания автомобиля на топливных элементах требуется в два-три раза больше энергии, чем для электрического аккумулятора. Это, вероятно, сделает их более дорогими для запуска. Это также представляет собой экологическую проблему: для их эксплуатации потребуется больше возобновляемых установок, в то время как батареи в основном наносят ущерб окружающей среде при их энергоемком производстве.

Хукстра и многие другие эксперты предупреждают, что водород с нулевым уровнем выбросов, производимый с использованием возобновляемой электроэнергии, останется дефицитным и, следовательно, дорогостоящим ресурсом. 

«У нас есть только ограниченное количество зеленой энергии, и есть гораздо лучшее применение для водорода, чем положить его в грузовик – например, он может быть использован для декарбонизации промышленности и авиации», — говорит Хукстра.

Цепные системы нуждаются в быстрой государственной поддержке

Наиболее энергоэффективным решением было бы использовать электрические грузовики с воздушными линиями, устраняя необходимость в больших и тяжелых батареях. Германия, Швеция и Калифорния уже запустили пилотные проекты по тестированию технологии, но крупномасштабное развертывание должно было бы преодолеть проблему курицы и яйца: автотранспортные компании не будут покупать цепные грузовики без инфраструктуры на месте, и нет никакого стимула для строительства так называемых электронных магистралей, пока нет цепных грузовиков вокруг, чтобы использовать их.

Контактный грузовик

«Быстрое развертывание крупномасштабной тестовой инфраструктуры будет иметь решающее значение для того, чтобы цепные грузовики оставались в технологической гонке», — заявил экономист по транспорту Карл-Фридрих Элмер из аналитического центра устойчивого транспорта Agora Verkehrswende. «Если правительство построит несколько сотен километров воздушных линий в ближайшие годы, у контактных систем еще есть шанс. Если нет, то технология, скорее всего, исчезнет».

Синтетическое топливо: заманчиво, но крайне неэффективно

Ассоциация автомобильной промышленности Германии VDA и Ассоциация минеральной промышленности страны MWV также лоббируют использование возобновляемых видов топлива, изготовленных с использованием экологически чистого электричества (часто называемого электронным топливом или синтетическим топливом) в двигателях внутреннего сгорания.

С точки зрения отрасли, электронное топливо является заманчивым предложением: большая часть существующих технологий и инфраструктуры — например, заправочные станции — могут остаться неизменными, а технология может стать спасательным кругом для отрасли поставщиков, специализирующихся на технологиях двигателей внутреннего сгорания, таких как свечи зажигания, коленчатые валы, коробки передач и выхлопные системы, в которой работают сотни тысяч  хорошо оплачиваемых рабочих только в Германии. Эти преимущества отчасти объясняют, почему ассоциация автомобильной промышленности VDA настаивает на том, что «проблема заключается не в двигателе внутреннего сгорания, а в топливе».

Но энергетический баланс синтетического топлива еще более уступает топливным элементам. Они требуют более энергоемких стадий преобразования, и даже современные двигатели внутреннего сгорания преобразуют в движение менее половины энергии топлива. Эти недостатки заставляют скептически относиться даже к нефтяному гиганту Shell.

«Конечно, мы можем производить топливо с низким уровнем выбросов. Но если, в конце концов, различные стадии преобразования означают, что только десять процентов первичной энергии могут быть использованы для движения, я должен задать себе два вопроса: как устойчиво были произведены эти 90 процентов, которые теряются в процессе преобразования? Даже если мы сможем здраво ответить на этот вопрос: насколько это было дорого и кто заплатит за эти усилия?», — говорит Ян Тошка, возглавляющий бизнес автозаправочных станций компании в Германии, Австрии и Швейцарии. «Мы не выигрываем приз, предлагая решения, которые не имеют никакого экономического смысла или действительно не применимы с экологической точки зрения».

Нет универсального решения

Ассоциация грузовых перевозок Германии BGL говорит, что остается неопределенным, какие технологии с низким уровнем выбросов одержат верх. 

«В настоящее время существует большая неопределенность относительно того, куда нас приведет это путешествие к 2030 году», — говорит глава Ассоциации Дирк Энгельгардт, добавив, что инвестиции в климатически нейтральные технологии грузовых автомобилей срочно требуют планирования и инвестиционной безопасности.

Немецкая ассоциация автомобильной промышленности VDA и многие отраслевые игроки говорят, что чистая дорожная транспортная система будет опираться на целый ряд технологий. 

«В будущем мир будет использовать комбинацию электромобилей на батареях и топливных элементах, а также в некоторой степени на других возобновляемых видах топлива», — говорит член правления Daimler Мартин Даум.

Эксперт по логистике Маккиннон склонен согласиться. 

«Глядя в целом на эти варианты, я не думаю, что какой-то один из них победит. Мне кажется, что не существует единого размера для всех. Эти различные технологии силовых агрегатов, вероятно, будут сосуществовать и конкурировать», — говорит Маккиннон, добавляя, что разные технологии имеют разные «рабочие точки» в зависимости от веса полезной нагрузки и продолжительности поездки.

Давление со стороны ЕС, стран, городов и корпораций

Новые правила ЕС о выбросах для грузовых автомобилей в настоящее время являются крупнейшим рычагом для очистки тяжелых грузовых перевозок, но политика кнута и пряника на национальном, региональном и местном уровнях также играет важную роль.

Например, Германия, крупнейший член ЕС, поставила перед собой цель сократить общий объем транспортных выбросов примерно на 40 процентов в течение десятилетия. Правительственная программа по защите климата предусматривает, что в 2030 году одна треть пробега будет покрыта электромобилями или топливом на основе электричества.

Недавно страна согласовала комплекс мер по поддержке этого сдвига. В ближайшие три года она потратит более миллиарда евро на субсидирование до 80 процентов дополнительных расходов на автомобили с низким уровнем выбросов по сравнению с дизельными грузовиками. Министерство транспорта также заявило, что оно будет управлять установкой зарядной и заправочной инфраструктуры, необходимой для коммерческих автомобилей с альтернативными системами привода, и выступать за реформу системы взимания платы за грузовые автомобили в стране с учетом выбросов CO2.

В ближайшие три года страна планирует провести испытания аккумуляторных электроприводов, приводов водородных топливных элементов и цепных систем в рамках подготовки к крупномасштабному развертыванию примерно с конца 2023 года.

Субнациональные субъекты, такие как города, также могут быть решающими агентами перемен. В борьбе с местным загрязнением воздуха крупные города, такие как Париж, могут распространить свои планы по запрету на автомобили с двигателями внутреннего сгорания на грузовики, как только появятся чистые альтернативы.

«В настоящее время у них просто нет выбора, потому что нет альтернативы дизельному грузовику – товар просто не будет доставлен в магазины. Но как только появится такая альтернатива, некоторые муниципалитеты могут действовать очень агрессивно», — рассуждает Хукстра.

И последнее, но не менее важное: быстро растущее число обязательств компаний по резкому сокращению выбросов может ускорить этот сдвиг. Например, немецкая логистическая компания DHL Group заявляет, что хочет сократить все связанные с логистикой выбросы до нуля к 2050 году.

Deutsche Post DHL сделала свой собственный электрический фургон доставки – Streetscooter
Постепенный отказ от грузовиков с ДВС на дорогах ЕС

Но даже прекращение продажи загрязняющих окружающую среду обычных грузовиков оставляет огромную проблему на дорогах Европы: ее существующий парк насчитывает более четырех миллионов грузовых автомобилей. При нынешних темпах обновления замена парка грузовых автомобилей Германии займет около десяти лет, в то время как капитальный ремонт парка Польши, самого большого в Европе, по словам Маккиннона, продлится 22 года. Средний показатель по ЕС составляет около 13 лет – это означает, что грузовики с двигателями внутреннего сгорания останутся здесь на долгие годы.

«Этот коэффициент замены грузовиков можно было бы ускорить, используя нормативные акты или государственные финансовые стимулы, но я думаю, что будут силы, движущиеся в противоположном направлении, потому что по мере того, как транспортная отрасль выходит из кризиса Covid, многие из них будут в плохом состоянии в финансовом плане, и, что может привести к компаниям расширения коэффициент замещения транспортных средств», — говорит Маккиннон. Ссылаясь на первоначально более высокую стоимость низкоуглеродных транспортных средств, неопределенность в отношении их вторичной стоимости и инфраструктурных положений он добавляет, что «нетрудно построить довольно пессимистичный сценарий для этой драматической трансформации грузовых автомобильных операций от ископаемых видов топлива к низкоуглеродным транспортным средствам».

Речь идет не только о двигателях:  железная дорога, умная логистика, «умное» вождение, дизайн грузовика

Удаление с дорог грузовиков, работающих на ископаемом топливе, станет ключом к достижению климатических целей в долгосрочной перспективе. Но есть много других шагов, которые могут быть предприняты в то же время, чтобы сделать сектор чище.

Например, часть автомобильных грузов можно перевести на железнодорожные. Оптимизация управления логистикой с помощью цифровизации также открывает значительные возможности, учитывая, что почти 30% грузовых автомобилей работают порожняком. Обучение водителей использованию как можно меньшего количества топлива часто рассматривается как один из самых простых и дешевых вариантов снижения воздействия автомобильных перевозок на климат. Грузовики также могут быть модернизированы для снижения расхода топлива, а новые правила в отношении ограничений по весу и размеру могут повысить эффективность.

Каждая из этих отдельных мер может стать лишь небольшим шагом на пути к экологизации большегрузных перевозок. Но в совокупности их влияние будет значительным. Еще многое предстоит сделать политикам, транспортным компаниям, производителям грузовиков и другим лицам, прежде чем к власти придут по-настоящему «чистые» грузовики.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ